“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO - PUNO FACULTAD DE: Ingeniería Mecánica Eléctrica, Electrónica y Sistemas ESCUELA PROFESIONAL DE: Ingeniería Electrónica GRUPO: "A" INFORME DE LABORATORIO N° 01 AL:
Jorge Condori Mamani
DEL: Estudiante del II semestre del curso de física
ASUNTO: INFORME DE LABORATORIO FECHA: 24/10/2018 NOTA: ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ______________________ __________________ _______ Cumplo con informar el ensayo ensayo del laboratorio realizado en día 10 /10 /2018 del año en curso, curso, en el laboratorio N° del pabellón de laboratorios de Ciencias físicos Matematicas, desarrollando el tema “FUERZAS DE FRICCION”, .
La fuerza de fricción es realmente la oposición al movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos, líquidos y gaseosos). Atendiendo a que las superficie de los cuerpos en contacto no son idealmente lisas es imposible desaparecer esta fuerza, que en unos casos resulta necesaria reducir y en otros aumentar, ya que la fricción es una fuerza con sentido contrario a la fuerza aplicada.
______________________ ___________________________ _____
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
PRACTICA N° 3
FUERZAS DE FRICCION I.
OBJETIVOS Calcular el coeficiente de fricción estático y cinético para deslizamiento en
superficies arbitrarias (caso de la madera) analizar las variables que el movimiento dinámico presenta Determinar el error relativo porcentual cometido
II.
FUNDAMENTO TEORICO Cada vez que empujamos o jalamos un cuerpo que descansa en una superficie perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impartir una cierta velocidad, este se detiene poco tiempo después de retirar la fuerza. Además, hay ocasiones en que al empujar el objeto este ni siquiera adquiere una velocidad y se mantiene en reposo. Esto se debe a que existe una fuerza que se opone a que este continuara deslizándose. Esta fuerza se conoce como La fuerza de fricción o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muchos factores tales como la condición y naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica experimentalmente quela fuerza de fricción f, tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N depresión de un cuerpo sobre otro. La constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de fricción y lo designamos con la letra griega, la relación queda como.
El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la f i g u r a (1). Si la fuerza F es la fuerza aplicada, lo que mueve al móvil hacia la derecha será la fuerza resultante R dada por la ecuación (2):
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Ahora, dado la relación entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos escribir la ecuación (3) como:
Donde:
m, masa del móvil.
a, aceleración del móvil debida a la acción de la fuerza F.
F, es la fuerza aplicada.
N, Es el producto de la masa del móvil y la aceleración gravitacional.
ahora si el grafico o el sistema tiene una configuración inclinada, donde la masa 1 unidad ala sensor de fuerza esta ubicada encima del carril tiene un movimiento ascendente, tal como se muestra en la figura (2)
las ecuaciones que rigiran el movimiento serán : F = m.a Diferenciando la fuerza de fricción estática y la fuerza de fricción cinética, es que la primera evita que comience el deslizamiento y la segunda, se opone a la continuación del deslizamiento una vez comenzado. El objeto se mantiene en reposo cuando se aplica la fricción estática; sin embargo si la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de fricción estática máxima, el objeto empieza a moverse y pasamos al régimen de la fricción cinética. La fricción estática máxima está dada por:
Dónde: u coeficiente de fricción estático
Y la fricción cinética
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción f puede representarse mediante la siguiente figura(2)
Figura(2): Relación entre la fuerza aplicada F y la fuerza de fricción f.
en general:
Coeficiente de Fricción estático u s
Coeficiente fe fricción cinético u k
Madera sobre madera
0.4
0.2
Hielo sobre hielo
0.1
0.03
Metal sobre metal(lubricado)
0.15
0.07
Articulaciones en humanos
0.01
0.01
Corcho sobre aluminio seco
0.4
0.3
Plástico sobre aluminio seco
0.2
0.1
Superficie
III.
EQUIPOS Y MATERIALES Computadora Personal Software Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Sensor de Movimiento {CI-6742) Sensor de Fuerza (CI-6537) Cajón de fricción (material Madera) Una masa accesoria de 0.25kg
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Conjunto de pesas (diferentes magnitudes) Carril, tope y polea más 1.6cm de hilo negro Balanza analógica
PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES IV. Procedimiento para configuración de equipos y accesorios. primera actividad: a) Verificar la conexión e instalación de la interface. b) Ingresar al software Data Studio y seleccionar la actividad Crear experimento. c) Seleccionar sensor de movimiento y sensor de fuerza, de la lista de sensores, efectuar la conexión usando los cables para transmisión de datos de acuerdo a lo indicado por Data Studio.
d) Efectuar la calibración correspondiente considerando una frecuencia para disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimiento y un muestreo l ento de un registro por segundo para el sensor de fuerza, especificando tracción positiva con un valor máximo de 500gr y mínimo de 0gr.
e) Mida y anote la masa del cajón de fricción (Madera), la masa adicional, sensor de fuerza y masa total en la tabla (3).
f ) Realizar el montaje de equipos y accesorios, tal como se muestra en la figura (3). g) Genere un gráfico para dos de los parámetros medidos por el sensor de movimiento y de fuerza (aceleración y fuerza).
h) Aumente la precisión y coloque los encabezados correspondientes en las tablas y gráficas generadas.
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Tabla (1): Datos evaluados para el material 1
Corcho sobre aluminio seco
Material empleado
Parámetros
Evento 1
Evento 2
Fuerza normal (N)
3.13
6.63
Fuerza estática (N)
0.37
0.56
Fuerza dinámica (N)
1.98
4.45
Masa aplicada (Kg)
0.2
0.6
Tabla (2): Datos evaluados para el material 2.
Plástico sobre aluminio seco
Material empleado
Parámetros
Evento 1
Evento 2
Evento 3
Fuerza normal (N)
2.50
4.92
4.49
Fuerza estática (N)
0.24
1.34
1.40
Fuerza dinámica (N)
0.66
1.01
0.93
Masa aplicada (Kg)
0.15
0.3
0.4
Segunda Actividad a.
Verificar la conexión e instalación de la interface
b. Ingresar al software Data Studio y seleccionar la actividad Crear experimento c. Seleccionar sensor de movimiento y sensor de fuerza, de la lista de sensores, efectuar la conexión usando los cables para transmisión de datos de acuerdo a lo indicado por Data Studio. d. Efectuar la calibración correspondiente considerando una frecuencia para disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimiento y, un muestreo lento.de un registro por segundopara el sensor de fuerza, especificando tracción positiva con un valor máximo de 500gr y mínimo de Ogr. e. Mida y anote la masa del cajón de fricción (Madera u otro elemento), la masa adicional, sensor de fuerza y masa total en la tabla (4). f.
Realizar el montaje de equipos y accesorios, tal como se muestra en la figura(2).
g. Genere un gráfico para dos delos parámetros medidos por el sensor de movimiento y de fuerza (aceleración y fuerza).
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Determinación de los coeficientes de fricción a. Coloque el móvil a 20 cm del sensor del movimiento aproximadamente b. En la porta pesos coloque una masa de: y pulse el botón de inicio, agregue masa con un avance de 10 gr en cada caso. Cuando el conjunto móvil logre movimiento y llegue a la posición final (tope), pulse el botón detener c. Anote sus resultados en la tabla (5) tabla (6) indicando el material a emplear. d. Repetir los pasos de a) hasta d) 5 veces hasta completar las tablas propuestas. Tabla (4): Masa del conjunto móvil.
tabla (5) material corcho eventos
1
2
3
Aceleración
0.1
0.2
1 m/s
Tensión cinética
2.06 N
2,19 N
2.38 N
Tensión estática
2,36 N
2,54
2,65 N
Masa 1(fig(2))
250
250
250
Angulo de inclinación
10
10
10
tabla (6): material plástico
V.
eventos
1
2
3
aceleración
1.8 m/s
2,5 m/s
0.15 m/s
Tensión cinética
1.75 N
2.19 N
1.95 N
Tensión estática
5.87 N
2.66 N
2.85 N
Masa 1 (fig(2))
420 g
440 g
420 g
Angulo de inclinación
10
10
10
masa
2.75 gr
2.95 gr
315 gr
CUESTIONARIO primera actividad
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
1. con los resultados de la tabla (1,2,3) determine las coeficientes de rozamiento estático y cinético, para cada evento y material
Tabla 1: material 1.
Evento 1: ue= 0.97 N ud= 0.63 N
Evento 2: ue= 0.91 N ud= 0.67 N
Tabla 2: material 2.
Evento 1: Evento 2: ue= 0.30 N ue= 0.27 N u = 0.26 N u = 0.21 N
Evento 3: ue= 0.31 N u = 0.21 N
2. obtenga el promedio aritmético de los resultados de coeficientes de rozamiento encontrados en la anterior pregunta, para ello resuma sus respuestas empleando el siguiente modelo: Material 1
Material 2
Coeficientes de fricción
Us
Uk
Us
Uk
valor
0.94 N
0.65 N
0.29 N
0.23 N
Material 3 Us
Uk
segunda actividad 3.
utilizando los datos de la tabla 4,5,6 determine el coeficiente de rozamiento cinético y estático para cada evento y resuma sus resultados empleando el siguiente tabla (8)
g = 9.8 m/s2 us= [m2/(m1cosθ)] – tgθ ud= [(m2/m1*cosθ) – (a/g*cosθ)] – tgθ
Evento 1:
Evento 2:
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Coeficiente de rozamiento estático. us= [m2 /(m1*cosθ)] – tgθ us= [0.4/(0.811*cos100)] – tg100 us= 0.32 Coeficiente de rozamiento cinético. U = [(m2 /m1*cosθ) – (a/g*cosθ)] – tgθ U = [(0.4/0.811*cos100) – (0.1/9.8*cos100)] – tg100 U = 0.31
Coeficiente de rozamiento estático. us= [m2 /(m1*cosθ)] – tgθ us= [0.4/(0.811*cos100)] – tg100 us= 0.32 Coeficiente de rozamiento cinético. U = [(m2 /m1*cosθ) – (a/g*cosθ)] – tgθ U = [(0.4/0.811*cos100) – (1.1/9.8*cos100)] – tg100 U = 0.21
tabla (8) Material 2
Material 1 Coeficiente de fricción
Us
Uk
Us
Uk
valor
0.32
0.31
0.32
0.21
4. Determine el error relativo porcentual del coeficiente de fricción para materiales similares, utilizando los resultados de la tabla 7 , 8 comparados con los de cuadro (1) Tabla 8, comparado con el cuadro 1. Material: corcho sobre aluminio seco Fricción estática (us): Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |0.4- 0.32|/0.4]*100% Er(%) = 20% Fricción dinámica (uk): Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |0.2- 0.31|/0.4]*100% Er(%) = 27.5%
Material: plástico sobre aluminio seco. Fricción estática (us):
Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |0.4- 0.32|/0.4]*100% Er(%) = 20 % Fricción dinámica (uk):
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |0.3- 0.21|/0.3]*100% Er(%) = 30 %
5. calcule la tensión cinética y estática con los datos correspondientes para el esquema de la figura (2) g = 9.8 m/s2 Tensión cinética: T = m2 * (g - a) Tensión estática: T = m2 * g
Material: plástico sobre aluminio seco.
Evento 1: T. cinética T. estática T = m2 *(g - a) T = m2 *g T = 0.4*(9.8 – T = 0.4*9.8 0.1) T = 3.92 N T = 3.88 N
Evento 2: T. cinética T = m2 *(g - a) T = 0.4 *(9.8 – 1.1) T = 3.48 N
T. estática T = m2 *g T = 0.4*9.8 T = 3.92 N
6. Determinar el error relativo porcentual de la tensión cinética y estática empleando los resultados teóricos de tensión de la pregunta 5 y los experimentales anotados en la tabla 5 , 6 Material: plástico sobre aluminio seco.
Evento 1:
Evento 2:
Tensión estática: Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |2.36- 3.92|/2.36]*100% Er(%) = 66% Tensión dinámica: Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |2.06- 3.88|/2.06]*100% Er(%) = 88 %
Tensión estática: Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |2.54- 3.92|/2.54]*100% Er(%) = 54 % Tensión dinámica: Er(%) = [ |VT - Vexp|/VT]*100% Er(%) = [ |2.19- 3.48|/2.19]*100% Er(%) = 59 %
7. cual de las dos actividades realizadas, te parece mas correcta, según los resultados de error hallados en las preguntas 4 , 6 La pregunta 4, porque algunos errores son pocos en (%) eso nos quiere decir que no hubo tanto error en las prácticas hechas en el laboratorio a comparación de valores teóricos.
“ AÑO
DEL DIALOGO Y RECONCILIACION NACIONAL
”
8. ¿según usted a que se debe la diferencia entre las tensiones cinéticas y estáticas determinadas de modo experimental y teóricamente? Una fuerza estática parte del acumulamiento de dos o mas objetos que general electricidad que se transmite por algún medio creando la fuerza buscada. La fuerza cinéticas parte de un objeto que es impulsado a una velocidad en una distancia. La fuerza cinemática es la implementación de cualquier tipo de origen de fuerza, ya que esta es la que estudia cualquier tipo de movimientos a partir de cualquier fuerza.
VI.
CONCLUSIONES
VII.
En conclusión, en esta práctica observamos el cambio constante de la velocidad en un tiempo determinado por el peso de las pesas. La fuerza de fricción es una fuerza negativa que está presente en los movimientos que tienen velocidad. La fuerza de fricción tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N de presión de un cuerpo sobre otro. Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad
BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFIA
Serway , R. A., & Jewett, J. W. (2008). Fisica para ciencias e ingenierias . Mexico: Cengage learning.
Guía de laboratorio física UNA-PUNO
Libro de John W. Jewett y Raymond A. Serway
Física, curso elemental: mecánica Alonso M.
